Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Ich habe gelesen, daß die Merlin 1D ein paar % mehr Leistung bringen könnten, als jetzt genutzt wird. Wenn also alle Stricke reißen wäre es durchaus möglich, ein leicht modifiziertes Triebwerk mit etwas weniger Leistung/besserer Drosselung in der Mitte einzusetzen und das mit den äußeren acht auszugleichen. Nur so ein Gedanke.

Na, ihr wisst doch aber, wie das bei SpaceX läuft. Wenn das Merlin 1D nicht das zu leisten imstande sein sollte was nötig ist, gibt es irgendwann ein Merlin 1E, 1F usw. - das Alphabet hat noch einige Buchstaben. 

Das ist wie im Star-Trek Film: "Treffen der Generationen"
Am Schluß als die Enterprise-D Schrott ist, sagt Picard auf eine Aussage eines Besatzungsmitglied: "wir haben sie kaum gekannt...", es gibt noch viele Buchstaben im Alphabet.

Was mir gerade für die Wasserlandung einfällt: Hat die US Navy vielleicht ein paar eingemottete Flugzeugträger an der Ostküste? 

Das Deck würde die Temperaturen aber wohl nicht aushalten....

geht schon. Ab Minute 16

F-0014 Operation Sandy

Das ist wie im Star-Trek Film: "Treffen der Generationen"
Am Schluß als die Enterprise-D Schrott ist, sagt Picard auf eine Aussage eines Besatzungsmitglied: "wir haben sie kaum gekannt...", es gibt noch viele Buchstaben im Alphabet.

Klar! Der Gag kam mir bei diesem Thema als angemessen vor...

Und was willst du damit sagen? Möchtest du wirklich wiederverwendbare Systeme haben, selbst wenn sie teurer wären als Einmalsysteme?

Mir will einfach nicht in den Kopf,daß man Rohstoffe,Werkstoffe und Technik(Fertigungsstunden) lieber im Meer versenkt weil's am profitbringensten ist.
Mit der systemgebundenen Denkweise werd' ich nie klarkommen.Gilt ja nicht nur für Raumfahrt.

Mir will einfach nicht in den Kopf,daß man Rohstoffe,Werkstoffe und Technik(Fertigungsstunden) lieber im Meer versenkt weil's am profitbringensten ist.
Mit der systemgebundenen Denkweise werd' ich nie klarkommen.Gilt ja nicht nur für Raumfahrt.

Das sehe ich anders. Wiederverwendung macht nur Sinn, wenn sie einen Nutzen hat. Das ist wahrscheinlich eine Kostensenkung, schon bei der Falcon 9, mehr bei der nächsten Generation. Das wäre "schlimmstenfalls" Erfahrung für die nächste Generation, bei der es sich dann auszahlt. Oder Verbesserung der Sicherheit, weil ein fluggetestetes System zuverlässiger ist. Aber wenn der letzte Punkt zutrifft, ist das System sicher auch kostengünstig.

Zitat Ruhri

Zitat

Laut Elon Musk möchte man ja die Kosten durch Wiederverwendung senken, und die hat bislang nicht funktioniert.

Kann man das jetzt schon sagen? SpaceX hat doch erstmal verschiedenes probiert. Andere eher weniger. SpaceX hat ein Triebwerk gegen Überschall gezündet, wer noch? Sagt SpaceX : "Wir sind soweit, ab morgen wird wiederverwendet" ?

Ja, das hat Elon Musk gesagt, jedenfalls fast. Ihm fehlt die Landeerlaubnis am Cape.

Er sagte nach dem Cassiope-Flug sinngemäß, daß sie alle Komponenten zusammenhaben, um eine erfolgreiche Landung durchzuführen und wenn alles ideal läuft, könnten sie Ende dieses Jahres eine Stufe wiederfliegen. Das würde aber voraussetzen, daß bis zum SpX-3 Flug die Landebeine fertig sind und daß sie die Landegenehmigung bekommen.

Natürlich ist er Optimist, weiß aber trotzdem, daß nie alles ideal läuft.

Sie werden wohl einige erfolgreiche Flüge in Neumexiko brauchen, um die Voraussetzung für eine Landegenehmigung in Florida zu bekommen.

Zitat von: Roland am 04. März 2014, 16:47:09

Mir will einfach nicht in den Kopf,daß man Rohstoffe,Werkstoffe und Technik(Fertigungsstunden) lieber im Meer versenkt weil's am profitbringensten ist.
Mit der systemgebundenen Denkweise werd' ich nie klarkommen.Gilt ja nicht nur für Raumfahrt.

Das sehe ich anders. Wiederverwendung macht nur Sinn, wenn sie einen Nutzen hat. Das ist wahrscheinlich eine Kostensenkung, schon bei der Falcon 9, mehr bei der nächsten Generation. Das wäre "schlimmstenfalls" Erfahrung für die nächste Generation, bei der es sich dann auszahlt. Oder Verbesserung der Sicherheit, weil ein fluggetestetes System zuverlässiger ist. Aber wenn der letzte Punkt zutrifft, ist das System sicher auch kostengünstig.

Also ist der einzige Nutzen, den etwas haben kann, der, dass es kostengünstig ist? Ich denke nicht. Das wird Roland sicher auch so gemeint haben. Manchmal kann es ganz gut tun, mal von der betriebswirtschaftlichen Denkweise wegzukommen...
Die Vermeidung von zusätzlichem Müll und die möglichst nachhaltige Verwendung von Rohstoffen sind sehr wohl ein Nutzen (für Mensch, Umwelt und Gesellschaft), nicht nur in der Raumfahrt, sondern allgemein.

Die Vermeidung von zusätzlichem Müll und die möglichst nachhaltige Verwendung von Rohstoffen sind sehr wohl ein Nutzen (für Mensch, Umwelt und Gesellschaft), nicht nur in der Raumfahrt, sondern allgemein.

Wie gut das funktioniert und wie sehr die Menschen schon im Kleinen auf täglicher Basis bereit sind, für Müllvermeidung und Wiederverwendung etwas mehr Geld auszugeben, sieht man schon beim täglichen Einkauf im Lebensmittelladen.

Oh, wait....

Zitat von: aero am 04. März 2014, 19:19:22

Die Vermeidung von zusätzlichem Müll und die möglichst nachhaltige Verwendung von Rohstoffen sind sehr wohl ein Nutzen (für Mensch, Umwelt und Gesellschaft), nicht nur in der Raumfahrt, sondern allgemein.

Wie gut das funktioniert und wie sehr die Menschen schon im Kleinen auf täglicher Basis bereit sind, für Müllvermeidung und Wiederverwendung etwas mehr Geld auszugeben, sieht man schon beim täglichen Einkauf im Lebensmittelladen.

Oh, wait....

Du machst auf ein grundsätzliches Problem aufmerksam. Das ändert nichts an der von mir beschriebenen Tatsache in meiner Anmerkung.

Man darf aber eines nicht vergessen. Wiederverwendung verdoppelt in etwa den Treibstoffbedarf. Das sind vom Gewicht her ~95% des Startgewichtes. Was ist da das bißchen Aluminium und Kupfer, das man verliert, mal überspitzt ausgedrückt?

Das Wertvolle ist nicht das Material, sondern die komplexe Maschine, die die Wiederverwendung wert sein muß, weil da die Arbeit und die Intelligenz drinsteckt. Nein, das ist sinnvoll, wenn es Kosten einspart und das wird es auch.

Das Wertvolle ist nicht das Material, sondern die komplexe Maschine, die die Wiederverwendung wert sein muß, weil da die Arbeit und die Intelligenz drinsteckt. Nein, das ist sinnvoll, wenn es Kosten einspart und das wird es auch.

Jep, bisher baute man Raketen auch nahezu ausschließlich für die einmalige Verwendung. Ergebnis waren komplexe hochgezüchtete Maschinen die für die paar Minuten Einsatz perfekte Leistung bringen sollten. Robustheit spielte weniger eine Rolle, da solche Eigenschaften eher mit mehrmaligen / langrfristigen Verwendungsabsichten einhergehen.

Zur Wiederverwendung taugt ein "Wegwerfraketen-Entwurf" entsprechend wenig. SpaceX scheint entsprechend sich in der technischen Vorgehensweise (vor allem am Antrieb) eher an Verkehrsflugzeugen orientiert zu haben, als an vorherigen Raketen. Die Triebwerke sollen nicht nur einige Minuten aushalten können, sondern mindestens mehrere Flüge. Ähnlich wie bei Flugzeugtriebwerken möchte man da nicht auf komplettes Zerlegen zwischen Flügen setzen, sondern mittels Sensoren den technischen Zustand überwachen.

Bisher hat sowas noch keiner gemacht. Die Shuttle-Triebwerke und Booster wurden nach jedem Einsatz zerlegt. Gleichzeitig waren aber die SSME auch hochgezüchtete Wunderwerke der Technik. Das Merlin ist bewusst nicht auf Leistung, sondern auf Haltbarkeit ausgelegt. Wieder ein komplett anderer Ansatz. Das SSME war ein heutiger Formel 1-Motor, das Merlin ist ein klassischer amerikanischer V8 

Die Bündelung der Triebwerke hat einen ähnlichen Hintergrund und Vorteil wie bei Verkehrsfliegern: Redundanz- Oder würdet ihr in einem einmotorigen Flugzeug über den Atlantik fliegen?  Dazu kommen natürlich noch geringere Entwicklungskosten und die kleinere Problematik des Schubs bei leerer Stufe bzgl. der Landung.

Insgesamt bringt ein Vergleich der Falcon 9 mit anderen aktuellen Raketen wenig. SpaceX bzw. Musk setzen von Anfang an ein ganz anderes Lastenheft an.

Ob das ganze am Ende aufgeht wird sich zeigen. Die bisherigen Ergebnisse lassen die Ankündigungen jedenfalls als realitsisch erachten und ich bin auch überzeugt, dass das Konzept aufgeht und erfolgreich wird.

Kann man das jetzt schon sagen? SpaceX hat doch erstmal verschiedenes probiert. Andere eher weniger. SpaceX hat ein Triebwerk gegen Überschall gezündet, wer noch? Sagt SpaceX : "Wir sind soweit, ab morgen wird wiederverwendet" ?

Meine Aussage war ja, dass die Wiederverwendung bei der Falcon 9 bislang nicht geklappt hat. Wann soll man denn diese Aussage sonst treffen sollen? Wenn sie funktioniert, oder wenn der Versuch eingestellt wurde?

Bei allem, was gesagt, getan oder auch nicht gesagt oder getan wurde, steht zurzeit eines felsenfest fest: Die Wiederverwendung funktioniert Stand heute nicht. Und solange sich daran nichts ändert, bleibt die Abschätzung von Kosten und Kostenersparnis genau das - eine Abschätzung.

Also ist der einzige Nutzen, den etwas haben kann, der, dass es kostengünstig ist? Ich denke nicht. Das wird Roland sicher auch so gemeint haben. Manchmal kann es ganz gut tun, mal von der betriebswirtschaftlichen Denkweise wegzukommen...
Die Vermeidung von zusätzlichem Müll und die möglichst nachhaltige Verwendung von Rohstoffen sind sehr wohl ein Nutzen (für Mensch, Umwelt und Gesellschaft), nicht nur in der Raumfahrt, sondern allgemein.

Auch wenn es hart klingen mag: Ja, genau so ist es! Die Umweltverschmutzung und der Materialverbrauch durch so ein Nischenprodukt wie die Raumfahrt sind vernachlässigbar, und wieso soll man unnütz Geld ausgeben nur zur Einhaltung eines hehren Prinzips?

Es spielt allerdings auch wieder das Zusammenspiel zwischen Betriebswirtschaft und Volkswirtschaft hinein. Ein Unternehmen muss in erster Linie betriebswirtschaftlich denken. Material muss eingekauft werden wie Dienstleitungen, und für die Mitarbeiter sind Gehälter und Sozialabgaben zu zahlen. Dann möchte Papa Staat natürlich auch noch seinen Obolus in Form von Steuern haben. Das sind die knallharten Fakten, und wer sich daran nicht hält, geht konkurs.

Falls dabei Produkte heraus kommen, die andernorts Schäden verursachen (z.B. Klimawandel, Gift in der Kleidung usw.), deren Beseitigung wieder Geld kostet, dann ist das eine Sache der Volkswirtschaft. Der Staat hat die Möglichkeit und auch die Verpflichtung, dann einzugreifen und den Firmen Auflagen zu erteilen.

Wenn also ein Staat oder eine Gruppe von Staaten in Form von Regierung oder Gesellschaft als ganzem die Entscheidung treffen sollten, dass Wegwerfraketen eine Verschwendung darstellen würden, dann müssten alle Raketenbauer in die Wiederverwendbarkeit investieren. Da dem nicht so ist, muss SpaceX die Sache wirtschaftlich hinbekommen - oder ganz sein lassen.

Die Vermeidung von zusätzlichem Müll und die möglichst nachhaltige Verwendung von Rohstoffen sind sehr wohl ein Nutzen (für Mensch, Umwelt und Gesellschaft), nicht nur in der Raumfahrt, sondern allgemein.

Natürlich, aber wer zahlt dir das?

Global gesehen ist die Raumfahrt bei der Müllproduktion sowieso eher 0,00000001% wenn überhaupt.

Über die Anzahl der Nullen nach dem Komma zustreiten, ist wirklich müßig. Entscheidend ist tatsächlich nur die mangelnde Relevanz. Von daher sehe ich auch kein echtes gesellschaftliches Interesse an der Wiederverwendung durch irgendwelche nachgelagerten Kosten, die von der Allgemeinheit zu tragen wären.

Ich glaube, dass bei der ganzen Diskussion über die Rentabilität der Wiederverwendung vergessen wird, dass das Konzept für die Marspläne von Elon Musk essentiell ist.
Was ich damit sagen will, ist, das es sich ggf. gar nicht wirklich rechnen muss für die Erde. Zumindest nicht am Anfang.
Aber ohne eine Möglichkeit, Stufen heil zu landen und mit nur minimalem Aufwand auch wieder zu starten, wird es wohl nichts mit dem Mars...   

Kann sein, muss aber nicht. In erster Linie geht es bei der Diskussion hier um die Wiederverwendbarkeit der ersten Stufe(n) der Falcon 9/Heavy, und die werden im Lebtag nicht zum Mars fliegen.

Ich habe die Mars-Beiträge in den Thread zum Marsflug verschoben. Hier sollen wir bei der direkten Wiederverwendbarkeit der Falcons für Satellitenstarts bleiben.

Mir ist da gerade etwas durch den Kopf gegangen. Wie muss man sich so ganz laienhaft die Arbeiten an einer geflogenen Stufe vorstellen? Einmal abwischen, neu stacken, auf die Rampe schieben, betanken und zünden, das kann es wohl nicht sein.

Wenn eine schon einmal geflogene Stufe auf der Rampe steht, gibt es ganz allgemein zwei unerfreuliche Szenarien, die passieren könnten.

1. Die Rakete wird gestartet, die Stufe versagt und als Ergebnis hat man ein Loss of Mission.

2. Der Bordcomputer entdeckt bei internen Checks ein Problem und schaltet auf "Rot", und zwar irgendwann zwischen Aufrichten , Betanken und Zünden, ggf. bis hin zum automatischen Abschalten des Triebwerks auf der Rampe. Dann wäre die Nutzlast zwar sicher, aber der Start müsste verschoben werden bis zur Behebung des Problems.

Beides kann natürlich auch mit fabrikneuen Stufen passieren, und ist es ja auch schon. Besser wird eine Stufe durch einen vorhergegangenen Start aber nicht.

Mir ist da gerade etwas durch den Kopf gegangen. Wie muss man sich so ganz laienhaft die Arbeiten an einer geflogenen Stufe vorstellen? Einmal abwischen, neu stacken, auf die Rampe schieben, betanken und zünden, das kann es wohl nicht sein.

In der Tat nicht. Man steckt den Diagnosestecker an und sieht sich die gespeicherten Daten der Triebwerkscomputer an, ob irgendwelche Anomalien aufgetreten sind. Wie z.B. verstärkte Vibrationen an der Turbopumpe. Ungewöhnliche Temperaturwerte irgendwo an der Brennkammer oder der Düse. Wenn ja, wird man sich das Triebwerk genauer ansehen müssen, ggf. auswechseln.
Je nach den Erkenntnissen von der Prüfung der ersten gelandeten Stufen muß man vielleicht einige Stellen, z.B. an den Tanks oder Düsen nach einer Anzahl Flüge per Ultraschall untersuchen.

Sicher braucht man anfangs mehr, aber später, wenn man mehr Erfahrung hat, kann es auf tanken und starten hinauslaufen.

Wenn eine schon einmal geflogene Stufe auf der Rampe steht, gibt es ganz allgemein zwei unerfreuliche Szenarien, die passieren könnten.

1. Die Rakete wird gestartet, die Stufe versagt und als Ergebnis hat man ein Loss of Mission.

2. Der Bordcomputer entdeckt bei internen Checks ein Problem und schaltet auf "Rot", und zwar irgendwann zwischen Aufrichten , Betanken und Zünden, ggf. bis hin zum automatischen Abschalten des Triebwerks auf der Rampe. Dann wäre die Nutzlast zwar sicher, aber der Start müsste verschoben werden bis zur Behebung des Problems.

Beides kann natürlich auch mit fabrikneuen Stufen passieren, und ist es ja auch schon. Besser wird eine Stufe durch einen vorhergegangenen Start aber nicht.

Doch, sie wird besser. Eine Menge potentielle Fehler kann man nach dem ersten oder zweiten Start ausschließen. Das setzt nur voraus, daß man nach gründlichen Untersuchungen der ersten gelandeten Stufen das Verhalten und mögliche Schwachstellen kennt.

In der Tat nicht. Man steckt den Diagnosestecker an und sieht sich die gespeicherten Daten der Triebwerkscomputer an, ob irgendwelche Anomalien aufgetreten sind. Wie z.B. verstärkte Vibrationen an der Turbopumpe. Ungewöhnliche Temperaturwerte irgendwo an der Brennkammer oder der Düse. Wenn ja, wird man sich das Triebwerk genauer ansehen müssen, ggf. auswechseln.
Je nach den Erkenntnissen von der Prüfung der ersten gelandeten Stufen muß man vielleicht einige Stellen, z.B. an den Tanks oder Düsen nach einer Anzahl Flüge per Ultraschall untersuchen.

Du vermutest also, dass die Startfreigabe einer bereits geflogenen Stufe anhand optischer Begutachtung und Auswertung der Telemetrie erfolgen soll? Einen Ist-Zustand aufgrund interner Messungen erfährt man somit also wirklich erst bei den Startvorbereitungen, vermutlich nach Stacken und Aufstellen auf dem Pad?

Sicher braucht man anfangs mehr, aber später, wenn man mehr Erfahrung hat, kann es auf tanken und starten hinauslaufen.

Gut, das setzt aber natürlich voraus, dass keinerlei Abweichungen entdeckt wurden. Gerade für die Triebwerke spezifiziert man ja eine maximale Brenndauer, aber auch Tanks halten nur eine bestimmte Menge an Be- und Enttankvorgängen aus.

Doch, sie wird besser. Eine Menge potentielle Fehler kann man nach dem ersten oder zweiten Start ausschließen. Das setzt nur voraus, daß man nach gründlichen Untersuchungen der ersten gelandeten Stufen das Verhalten und mögliche Schwachstellen kennt.

Glaubst du etwa, dass wir in dem Universum leben, im dem David Brin den Großteil der Handlung in seinem Roman Der Übungseffekt (ISBN 3-426-05834-0 bzw. Heyne 1994, 3-453-07278-2) spielen lässt? Da werden technische Geräte durch häufigen Gebrauch immer besser. In diesem Universum ist leider das Gegenteil der Fall.

Für eine gewisse Zeit kann man Mängel bei der Herstellung zwar ausgleichen, aber schließlich werden es immer mehr werden. Früher oder später werden somit die notwendigen Reparaturen teurer werden als eine Neuanschaffung. Wie häufig möchte SpaceX komplette Stufen oder einzelne Bauteile wie Triebwerke gleich noch einmal einsetzen, bevor sie verschrottet werden müssen?

Wie häufig möchte SpaceX komplette Stufen oder einzelne Bauteile wie Triebwerke gleich noch einmal einsetzen, bevor sie verschrottet werden müssen?

Musk hat mal von 1000-facher Wiederverwendung gesprochen; vom Zeitpunkt der Landung bis zum neuen Start innerhalb einer einstelligen Stundenanzahl. Es hats gesagt, also wird es so kommen...

Für eine gewisse Zeit kann man Mängel bei der Herstellung zwar ausgleichen, aber schließlich werden es immer mehr werden. Früher oder später werden somit die notwendigen Reparaturen teurer werden als eine Neuanschaffung. Wie häufig möchte SpaceX komplette Stufen oder einzelne Bauteile wie Triebwerke gleich noch einmal einsetzen, bevor sie verschrottet werden müssen?

Daß die Stufen eine begrenzte Lebensdauer haben, ist trivial. Das mußte ich doch nicht extra dazu sagen. Wie viele Flüge möglich sind, weiß man bei SpaceX sicher besser als ich. Die Tankzyklen sind bei RP-1 und LOX sicher wesentlich mehr als bei LH. Die Temperaturen sind noch in einem technisch gut kontrollierbaren Bereich.

Es gab ein Zitat, daß ein Merlin ca. 1 1/2 Stunden gelaufen ist. Und das war noch ein Merlin C. Die D sind mit Sicherheit besser. 20 Verwendungen ohne große Reparaturen sind meiner Meinung nach realistisch.

Musk hat mal von 1000-facher Wiederverwendung gesprochen; vom Zeitpunkt der Landung bis zum neuen Start innerhalb einer einstelligen Stundenanzahl. Es hats gesagt, also wird es so kommen...

Ja selbstverständlich.

Aber er hat nicht gesagt, daß Falcon das schon kann. Mit den Methan-Triebwerken wird es besser. Wenn die nächste Generation 200 Flüge ohne große Reparaturen macht, bin ich schon zufrieden.

Meines Wissens hat Elon Musk nicht gesagt, daß die Raketen 1000mal wiederverwendet werden. Er sagte etwas in der Art, daß zur Zeit weniger als 1% der Startkosten Treibstoff sind. Damit Treibstoff etwa die Hälfte der Kosten ausmachen würde, bräuchte man 1000fache Wiederverwendung.

Übrigens nur zum Vergleich, weil dies ja der Wiederverwendungs-Thread ist. Jemand hat mal ausgerechnet, daß für das Ziel, 50t Nutzlast auf dem Mars landen, etwa Treibstoff im Wert von knapp einer Million Dollar nötig ist. Methan ist in den USA, speziell in Texas, wirklich billig. LOX noch sehr viel billiger. Dazu das Ziel von 500.000 Dollar je Ticket. Bei 100 Passagieren sind das 50 Millionen. Da ist Treibstoff immer noch bei nur 2%. Treibstoffproduktion auf dem Mars für den Rückflug kommt aber noch dazu.

Da werden technische Geräte durch häufigen Gebrauch immer besser. In diesem Universum ist leider das Gegenteil der Fall.

Es geht nicht um "besser", sondern um "sicherer". Und "häufiger Gebrauch" ist "sehr" relativ. Komponenten, deren Fehleranfälligkeit mehr duch deren Herstellungsprozess bestimmt ist (als durch den möglichen Verschleiß) werden mit der Verwendung tatsächlich zunächst sicherer. Nicht selten nimmt man sogar einen solchen "unnötigen Verschleiß" bewusst in Kauf, man nennt es auch "Testen". 

Für eine gewisse Zeit kann man Mängel bei der Herstellung zwar ausgleichen, aber schließlich werden es immer mehr werden.

Ich vermute mal, daß du meinst, daß man das frühzeitige Auftreten von Mängeln durch bestimmte Konstruktionsmaßnahmen ausgleichen kann. Das ist richtig, aber viel zu pauschal meiner Meinung nach.

Wenn man ein Produkt auf Wiederverwendung hin konstruiert, kennt die Schwachpunkte, berücksichtigt man doch auch die Lebensdauer der einzenen Komponenten. Die, die eine kürzere Lebensdauer als der Rest haben, legt man gleich so aus, daß man sie leicht auswechseln kann. Ein Auto ist doch auch relativ oft "wiederverwendbar", obwohl die Bremsklötze oder der Auspuff nicht das ganze Autoleben durchhalten.